(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210846583.4 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 张乔勋　李帝铨　李富　 (74)专利代理 机构 长沙启昊知识产权代理事务 所(普通合伙) 4326 6 专利代理师 谢珍贵 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方 法 (57)摘要 本发明公开了一种充电导体压裂裂缝的电 磁异常计算方法， 包括以下步骤： S1、 监测井位 置、 埋深， 裂缝规模， 供电电流与频率设置建立裂 缝模型； S2、 通过多层剖面参数换算出地层等效 电阻率； S3、 将充电导体剖分成Nd个电偶极源， 获 得每个电偶极源在地表的矢量位 和标量位 Φ； S4、 根据电场和磁场计算公式获得电偶极源 在地表的E和H值， 确定参考点N， 获得MN方向电场 EMN和磁场HMN； S5、 基于矢量叠加原理， 将所有剖 分的电偶极源的电磁场进行叠加， 分别获取压裂 前、 后的电磁场， 并通过差分计算得到压裂裂缝 引起的电场异常Ea和磁场异常Ha。 本发明旨在构 建充电导体裂缝模型， 获取压裂裂缝产生的电磁 异常， 为实现电磁监测裂缝识别提供理论基础。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115270446 A 2022.11.01 CN 115270446 A 1.一种充电导体压裂 裂缝的电磁异常计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 监测井位置、 埋深， 裂缝规模， 供电 电流与频率设置建立裂缝模型； S2、 通过多层剖面 参数换算出地层等效电阻率； S3、 将充电导线源剖分成Nd个电偶极源， 获得每个电偶极源在地表的矢量位 和标量 位Φ； S4、 电偶极源电磁场计算： 根据电场和磁场计算公式获得电偶极源在地表的E和H值， 确 定参考点N， 获得MN方向电场EMN和磁场HMN； S5、 基于矢量叠加原理， 将所有剖分的电偶极源的电磁场进行叠加， 分别获取压裂前、 后的电磁场， 并通过差分计算得到 压裂裂缝引起的电场异常Ea和磁场异常Ha。 2.根据权利要求1所述的一种 充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在于： 步 骤S2中所述 地层等效电阻率， 由下式(1)计算得到 在电阻率测井中， 先 形成积分电阻曲线， 即 式中， ρ为电阻率， Ω ·m； H为所有层集合的总厚度， m； ρi和hi分别为第i层电阻率和厚 度。 3.根据权利要求1所述的一种 充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在于： 步 骤S3中， 所述电偶极源的矢量 位 和标量位Φ由式(3)和式(4)计算得到 其中， k2＝iω μ σ， k为频率域波数， ω＝2πf， 为角频率， f为电磁波频率， μ， σ 分别为介质 的磁导率， 电导率； 为电偶极矩， I0为电流强度， dl为电偶极子长度， 方向任 意， 用矢量 表示。 4.根据权利要求1所述的一种 充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在于： 步 骤S4中， 所述电偶极源在地表的电场和磁场表示 为： 将式(3)和式(4)代入式(5)、 式(6)， 得均匀各向同性无限介质中供以时变电流时电偶 极源激发的电场和磁场表达式分别为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270446 A 2设 为 与 的夹角， 表示 与MN的夹角， 表示 与MN的夹角， 为与MN的夹角， 则MN方向的电场和磁场表达式写成： 5.根据权利要求1所述的一种 充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在于： 步 骤S5中， 长度L的充电导线的等效为Nd个电偶极源的叠加， 根据矢量叠加原理得电场强度 表 示为： 同理， 长度L的充电导线的磁场和标量 位由式(12)、 式(13)获得 式中， ri为第i个电偶极源与观测点M间的距离， i ＝1,2,3. ..Nd,Nd＝ L/dl. 所述差分计算， 即为裂缝形成前后观测信号的差值， 充电井筒产生的 电磁场也等效为 多个电偶极源的叠加。 设裂缝形成前后的电场分别为Ew、 Ew+f， 磁场分别为Hw、 Hw+f， 标量位为 Φw、 Φw+f， 则， 电场异常、 磁场异常、 电位异常 分别为： Ea＝Ew+f‑Ew                    (14) Ha＝Hw+f‑Hw                   (15) Φa＝Φw+f‑Φw                   (16) 6.根据权利要求1或3所述的一种充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在 于， 所述充电导体产生的电磁场具有频率特性， 在实际中解决直 流噪声干扰严重的难题。 7.根据权利要求1或4所述的一种充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在 于， 所述充电导体表征压裂裂缝模型， 其产生的信号强度远大于传统人工源电磁法的感应 异常。 8.根据权利要求1或5所述的一种充电导体压裂裂缝的电磁异常计算方法， 其特征在 于： 若有多个充电导体裂缝， 则依然通过叠加的方式由式(11)～式(13)获得其电磁场， 再通 过式(14)～式(16)得到电磁异常， 即， 进行复杂裂缝的模拟计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270446 A 3